如图,质量为M=1kg,绝缘凹槽B静止放置在光滑水平面上,凹槽内长d=1m,槽内左端静止放置一质量m=1kg,大小可忽略

如图,质量为M=1kg,绝缘凹槽B静止放置在光滑水平面上,凹槽内长d=1m,槽内左端静止放置一质量m=1kg,大小可忽略的带正电小物体A,电量为q=1×10-4C,物体与凹槽滑动摩擦系数为0.2,t=0时刻起,在空间加上E=6×104N/C的水平向右的匀强磁场,设物体与凹槽相碰瞬间前后二者速度交换,求:
(1)物块与凹槽壁第一次相碰瞬间速度各为多少?
(2)物块在凹槽内滑行过程中二者速度第一次相等的时刻;物块与凹槽第二次相碰后瞬间撤去电场,求物块和凹槽的最终速度.
慢骆驼 1年前 已收到1个回答 举报

a74533377 春芽

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解题思路:(1)分别对A与B进行受力分析,根据牛顿第二定律求出它们的加速度,然后结合运动学的公式求出A、B相撞前的速度.
(2)A与B相碰后交换速度,之后A加速,B减速,根据运动学的公式与位移之间的关系,求出它们速度相等的时间;
通过运动学的公式求出它们速度相等之前的位移关系,分析是否第二次相碰,并进一步求出第二次相碰之前它们的速度.撤去电场后,相同在水平方向不受外力的作用系统的动量守恒.

(1)A与B相撞之前对A进行受力分析得:qE-μmg=ma1
得:a1=
qE−μmg
m=
1×10−4×6×104−0.2×1×10
1m/s2=4m/s2
设A的位移为s,则:s=
1
2a1
t21 ①
对B:μmg=Ma2
得:a2=
μmg
M=
0.2×1×10
1m/s2=2m/s2
又:s−d=
1
2a2
t21 ②
代入数据得:t1=1s;s=
1
2×4×12=2m.
A的速度:vA1=a1t1=4×1m/s=4m/s
B的速度:vB1=a2t1=2×1m/s=2m/s;
(2)由题意物体与凹槽相碰瞬间前后二者速度交换,则:vA2=vB1=2m/s;vB2=vA1=4m/s.
由于B的速度大于A的速度,所以A加速,B减速,设经过时间t2二者的速度相等,则:
此时A的加速度:Eq+μmg=ma3
a3=
qE+μmg
m=
1×10−4×6×104+0.2×1×10
1m/s2=8m/s2
vA2+a3t2=vB2-a2t2
代入数据解得:t2=0.2s
物块在凹槽内滑行过程中二者速度第一次相等的时刻:t=t1+t2=1s+0.2s=1.2s
从第一次碰撞到速度相同的过程中,A的位移:x1=vA2t2+
1
2a3
t22=2×0.2+
1
2×8×(0.2)2=0.56m
B的位移:x2=vB2t2−
1
2a2
t22=4×0.2−
1
2×2×(0.2)2=0.76m
它们 位移差:△x=x2-x1=0.76-0.56=0.2m
此时:vA3=vA2+a3t2=2+8×0.2=3.6m/s=vB3
此后物体A与B都做匀加速直线运动,当A的位移比B的位移大△x时,A与B再次碰撞,该过程的时间:t3
则:x3=vA3t3+
1
2a1
t23 ④
x4=vB3+
1
2a2
t23 ⑤
又:x3-x4=△x=0.2m ⑥
联立③④⑤⑥得:t3=
0.2≈0.447s
此时A的速度:vA4=vA3+a1t3=3.6+1.8=5.4m/s
B的速度:vB4=vB3+a2t3=3.6+0.9=4.5m/s
撤去电场后,相同在水平方向不受外力的作用系统的动量守恒.
由动量守恒定律得:mvA4+MvB4=(M+m)v
代入数据得:v共=
5.4+4.5
2=4.95m/s
答:(1)物块与凹槽壁第一次相碰瞬间速度各为4m/s和2m/s;
(2)物块在凹槽内滑行过程中二者速度第一次相等的时刻是1.2s;物块与凹槽第二次相碰后瞬间撤去电场,物块和凹槽的最终速度是4.95m/s.

点评:
本题考点: 动量守恒定律;匀强电场中电势差和电场强度的关系.

考点点评: 本题综合考查了动量守恒定律、能量守恒定律以及牛顿第二定律和运动学公式,对应的过程多,综合性较强,对学生的能力要求较高,关键理清物体的运动情况,选择合适的规律求解.

1年前

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